Αποσυνέλιξη των δεδομένων: Κατανομές πυκνότητας φορτίου ηλεκτρικών διπλών στρωμάτων

22 Δεκεμβρίου 2022 (Ειδήσεις Nanowerk) Επεκτείνοντας την πρόσφατη τεχνική τους με ηλεκτροχημική μικροσκοπία 3D ατομικής δύναμης (EC-3D-AFM), οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Illinois Urbana-Champaign εξήγαγαν το προφίλ βάθους της πυκνότητας φορτίου των ηλεκτρικών διπλών στρωμάτων (EDLs). Μέσω στατιστικής ανάλυσης, αποσυνέλιξης κορυφής και ηλεκτροστατικών υπολογισμών, οι ερευνητές ανέπτυξαν προφίλ φορτίου 3D AFM (CP-3D-AFM) για να ποσοτικοποιήσουν πειραματικά την κατανομή φορτίου στις διεπαφές ηλεκτροδίου-ηλεκτρολύτη. Η Καθηγήτρια Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών Yingjie Zhang και η μεταπτυχιακή φοιτήτρια Μηχανολογικής Επιστήμης και Μηχανικής Lalith Bonagiri δημοσίευσαν πρόσφατα αυτήν την έρευνα στο ACS Nano («Προφίλ πυκνότητας φορτίου πραγματικού χώρου διεπαφών ηλεκτροδίου-ηλεκτρολύτη με ανάλυση βάθους Angstrom»). Σχηματική της τεχνικής CP-3D-AFM. (Εικόνα: The Grainger College of Engineering at University of Illinois Urbana-Champaign) Οι Zhang και Bonagiri εξηγούν ότι ο πυρήνας της ηλεκτροχημείας είναι η αλληλομετατροπή μεταξύ ηλεκτρικής και χημικής ενέργειας στη διεπαφή ηλεκτροδίου-ηλεκτρολύτη και τέτοιες διεργασίες απαιτούν τη συσσώρευση και εξάντληση φορτίων στη διεπαφή. Η κατανομή του χωρικού φορτίου είναι επομένως ένα κλειδί για την κατανόηση των μηχανισμών των ηλεκτροχημικών διεργασιών. Ωστόσο, τα προφίλ πυκνότητας φόρτισης σε αυτές τις διεπαφές παρέμειναν ένα παζλ. Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα ιοντικό υγρό, δις(τριφθορομεθυλσουλφονυλ)ιμίδιο 1-αιθυλ-3-μεθυλιμιδαζολίου (EMIM-TFSI), ως επιλογή ηλεκτρολύτη, σε ένα ηλεκτρόδιο πυρολυτικού γραφίτη (HOPG) με υψηλό προσανατολισμό. Τόσο το EMIM-TFSI όσο και το HOPG είναι μοντέλα συστημάτων που χρησιμοποιούνται σε συσκευές αποθήκευσης ενέργειας και υπερπυκνωτές. Χρησιμοποίησαν επίσης έναν άλλο τύπο αναδυόμενου ηλεκτρολύτη: νερό σε αλάτι (WiS), το οποίο αποτελείται από υψηλά συμπυκνωμένο άλας σε υδατικό διάλυμα (το αλάτι υπερέχει του διαλύτη). Οι ηλεκτρολύτες WiS εισήχθησαν για πρώτη φορά το 2015 και έκτοτε, έχουν διερευνηθεί ευρέως ως βιώσιμη επιλογή για την κατασκευή μπαταριών με αυξημένη ασφάλεια και μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η πειραματική τεχνική που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την έρευνα βασίζεται σε ό,τι η ομάδα έχει χρησιμοποιήσει στο παρελθόν, αλλά με νέες μεθόδους ανάλυσης δεδομένων. Όπως το θέτει ο Bonagiri, «Περάσαμε αυτήν την τεχνική [EC-3D-AFM] στο επόμενο επίπεδο όπου αποσυνελίσσουμε τα ιστογράμματα μέτρησης και λαμβάνουμε τα προφίλ πυκνότητας φορτίου χρησιμοποιώντας ηλεκτροστατικούς αλγόριθμους». Αυτή η νέα μέθοδος, που ονομάζεται CP-3D-AFM, επιτρέπει την απόκτηση κατανομής χωρικού φορτίου τόσο της τοπικής επιφάνειας του ηλεκτροδίου όσο και των EDL. Η ομάδα χρησιμοποίησε το CP-3D-AFM για να προσδιορίσει τις αναδιατάξεις φόρτισης των διεπαφών ιοντικού υγρού/HOPG και WiS/HOPG και παρατήρησε διακυμάνσεις υπο-νανομέτρων στην πυκνότητα φόρτισης, που είναι ζωτικής σημασίας για την αποθήκευση χωρητικής ενέργειας και άλλες ηλεκτροχημικές λειτουργίες αυτών των συστημάτων. Οι Zhang και Bonagiri λένε ότι αυτή η μέθοδος θα είναι ευρέως εφαρμόσιμη σε μια μεγάλη γκάμα πρακτικών ηλεκτροχημικών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων μπαταριών, κυψελών καυσίμου, ηλεκτρολύτη και υπερσυμπιεστές.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62068.php